Фамилия Вальвахина — женская форма от Вальвахин, а та, в свою очередь, образована от прозвища или мирского имени Вальваха. Сразу бросается в глаза необычная основа: сочетание «валь-» и «-вах-» для русского уха звучит нехарактерно. Это наводит на мысль, что корни фамилии могут лежать не в славянской, а в тюркской или арабской лексике.

Наиболее правдоподобная версия связывает основу с тюркским словом «вал» (умерший, покойник) или с арабским «вали» (святой, покровитель, приближенный к Аллаху). В тюркских языках «вах» может означать восклицание, междометие, либо быть частью составного имени. В таком случае Вальваха — это сложное прозвище, которое могли дать человеку, связанному с похоронными обрядами (например, могильщику или омывателю покойников), либо, наоборот, набожному, «святому» человеку, которого в шутку или всерьёз называли «святоша». Вторая версия кажется более устойчивой, так как в русских говорах слово «вальваха» не зафиксировано, а значит, прозвище пришло из иноязычной среды.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Вальвахи). Такие фамилии обычно возникали в среде служилых людей, казачества или крестьянства, активно контактировавших с тюркским населением. Географически фамилия Вальвахин (и Вальвахина) встречается в основном в южных регионах России — в Ростовской, Волгоградской областях, в Краснодарском крае, а также на Украине. Это подтверждает версию о причерноморских и донских корнях, где веками перемешивались славянские и тюркские элементы.

В написании фамилии нет вариативности: ударение, скорее всего, падает на второй слог — Вальва́хина. Редкость фамилии объясняется узколокальным происхождением прозвища. Однокоренных фамилий, вроде Вальвахов или Вальвахинцев, практически не встречается, что делает Вальвахину уникальным антропонимическим следом конкретной семьи.